Prúty zo zliatiny volfrámu: Triedy, vlastnosti a priemyselné aplikácie

Čo sú tyče z ťažkej zliatiny volfrámu

Prúty zo zliatiny volfrámu, zvyčajne nazývané prúty z ťažkej zliatiny volfrámu (WHA), sú dvoj{0}}kompozitné materiály vyrábané kvapalným-fázovým spekaním. Kostra čistých volfrámových zŕn, zvyčajne 90 až 97 percent hmotnosti, je spojená matricou z tvárnej niklu-železa alebo niklu{6}}. Hotová tyč sa správa skôr ako kov než keramika: možno ju sústružiť, brúsiť, závitovať, spájkovať a leštiť, no napriek tomu má hustotu 17,0 až 18,5 g/cm3 oproti 7,85 g/cm3 pre uhlíkovú oceľ. Strojári oceňujú túto kombináciu hustoty, tuhosti a spracovateľnosti, pretože rieši problémy, ktoré oceľ, olovo a slinutý karbid riešia len čiastočne.

Materiál sa dodáva ako okrúhle tyče, štvorcové tyče, pásy a platne, v-sintrovanom, brúsenom alebo leštenom stave. Polotovary, ako sú predvalky a sudy, sú tiež valcované alebo kované z rovnakých zliatin na následné tvarovanie.

Štandardné triedy a typické vlastnosti

Pažba prútov normálne zodpovedá štyrom triedam hustoty definovaným pre ťažké zliatiny na báze volfrámu v ASTM B777. Keď obsah volfrámu stúpa, hustota a tuhosť sa zvyšujú, zatiaľ čo ťažnosť a tepelná rozťažnosť klesajú. Typické hodnoty pre spekaný produkt sú uvedené nižšie.

triedy	Nominálny volfrám (hmot. %)	Binder	Hustota (g/cm3)	Typická tvrdosť (HRC)	Typické aplikácie
trieda 1	90 W	Ni-Fe alebo Ni-Cu	16.85 - 17.25	24 - 28	Tienenie, protizávažia, stopky nástrojov
trieda 2	92.5 W	Ni-Fe alebo Ni-Cu	17.15 - 17.85	25 - 29	Vyvrtávacie tyče, brúsne objímky, balast
Trieda 3	95 W	Ni-Fe alebo Ni-Cu	17.75 - 18.35	27 - 32	Nástavce stopkových fréz, vretená, tienenie proti žiareniu
4. trieda	97 W	Ni-Fe	18.25 - 18.85	28 - 34	Tienenie s vysokou hustotou, letecké protizávažia

Modul pružnosti je približne 260 až 380 GPa v závislosti od triedy, čo je výrazne nad 200 GPa legovanej ocele, takže zostavy nástrojov sa pri zaťažení rezom menej vychyľujú.

Tepelná rozťažnosť je nízka, približne 4,5 až 6,5 mikrometra na meter na kelvin, čo udržuje spájkované spoje a presné prípravky rozmerovo stabilné.

Tepelná vodivosť je približne 100 až 170 W/m{2}}K, čo je približne dvojnásobok až trojnásobok tepelnej vodivosti legovanej ocele, takže teplo opúšťa zónu rezu namiesto toho, aby vsakovalo do nástroja.

Niklové-triedy spájania medi nie sú-magnetické, čo je dôležité pre upínadlá používané vedľa magnetického upínacieho alebo zobrazovacieho zariadenia; triedy niklu-železa sú len mierne magnetické.

Aplikácie nástrojov: Nástavce čelných fréz, vyvrtávacie tyče a vretená

Keď musí rezný nástroj siahať hlboko do dutiny, limitujúcim faktorom je zriedka samotná fréza, ale štíhla oceľová stopka, ktorá ju drží. Nahradením stopky z ťažkej zliatiny volfrámu sa pridá hmotnosť a tuhosť bez zväčšenia priemeru, takže chvenie a harmonické vibrácie sú potlačené a ťažšie rezy možno vykonávať pri vyšších rýchlostiach vretena.

Nástavce stopkovej frézy- dlhý dosah bez obetovania tuhosti, používa sa pri hlbokom vrecovaní, formovaní a lisovaní.

Nudné bary- Vyššia hustota zvyšuje prirodzenú frekvenciu lišty a rozširuje stabilné okno rezu, čím sa zlepšuje zaoblenie otvoru a povrchová úprava.

Držiaky nástrojov a stopky- tlmené vyvrtávacie hlavy a drážkovacie držiaky, ktoré držia veľkosť na dlhých previsoch.

Vretená a brúsne objímky- hromadné tlmenie-vysokorýchlostných vretien; objímky, ktoré odolávajú vychýleniu pri precíznom brúsení.

Pretože skelet zo spekaného volfrámu je stabilný vysoko nad teplotami dosiahnutými pri spájkovaní v vzduchovej peci, zvyčajne 700 až 900 stupňov Celzia, držiaky nástrojov a nástavce možno spájkovať priamo bez žíhania alebo straty pevnosti získanej počas spekania. Tyče sú ľahko opracovateľné karbidovými nástrojmi, brúsené diamantovými alebo CBN kotúčmi a rezané drôtom EDM alebo abrazívnym vodným lúčom. Materiál odoláva vylamovaniu, pretože tvárna matrica absorbuje náraz, ktorý by popraskal stopku z pevného karbidu alebo keramiky, a takmer čistý tvar sintrovanej tyče znižuje náklady na materiál a konečnú úpravu.

Radiačné tienenie, protizávažia a letecký hardvér

Ťažká zliatina volfrámu účinne tlmí gama a röntgenové žiarenie, pretože jej hustota 17,0 až 18,5 g/cm3 prevyšuje 11,34 g/cm3 olova. Pre rovnakú plošnú hustotu môže byť stena z volfrámovej zliatiny asi o jednu tretinu tenšia ako stena z olova, alebo daná hrúbka steny môže poskytnúť podstatne vyšší tieniaci faktor. To je dôvod, prečo je materiál široko opracovaný na tienenie pre rádiofarmaceutické liekovky, kryty injekčných striekačiek, transportné nádoby, kolimátory a rádioterapeutické príslušenstvo. Na rozdiel od olova sa nevylúhuje a nie je klasifikovaný ako toxický ťažký kov podľa bežných predpisov o produktoch, čo zjednodušuje manipuláciu, označovanie a likvidáciu-na konci{10}}životnosti.

Rovnaká hustota robí zliatinu štandardnou odpoveďou na vyvažovanie hmoty, kde je objem obmedzený:

Protizávažia a vyvažovacie závažia pre lietadlá a helikoptéry s-pevnými krídlami.

Protizávažia pre nástroje na ťažbu ropných vrtov, kde sa hmotnosť musí sústrediť vo vnútri úzkej sondy.

Pás z volfrámovej zliatiny spracovaný do vyhadzovacích kolíkov a iných častí lietadiel, ktoré sa veľmi opotrebúvajú.

Predvalky a sudy dodávané ako polotovar-na kovanie alebo valcovanie do tvarovaných komponentov.

Tam, kde sa vyžadujú zváracie elektródy TIG, sa dodávka bežne vyrába z čistého volfrámu alebo thorovaného volfrámového tyčového materiálu v triedach definovaných v AWS A5.12, oddelene od radu ťažkých zliatin, pretože zváracie elektródy vyžadujú skôr maximálnu tepelnú a elektrickú vodivosť ako maximálnu hustotu.

Objednávacie špecifikácie a kontrola kvality

Použiteľný dopyt na tyč z volfrámovej zliatiny uvádza triedu alebo cieľovú hustotu, priemer a dĺžku, triedu tolerancie, priamosť, stav povrchu a konečné použitie. Dodávatelia potvrdia materiál oproti kontrole hustoty Archimedovou metódou, chemické zloženie volfrámu a obsahu spojiva, testovanie tvrdosti a ultrazvukovú kontrolu, ktorá odhalí vnútorné dutiny alebo gradienty hustoty. Ku každej šarži sa vydáva osvedčenie o výsledkoch skúšok.

Parameter	Typický rozsah dodávky
Priemer	3 mm až 100 mm a viac, brúsené alebo-spekané
Dĺžka	Do 600 mm, rezané na objednávku
Stav povrchu	Ako-spekané, opracované, brúsené alebo leštené
Inšpekcia	Hustota, chemické zloženie, tvrdosť, ultrazvuková skúška
Súvisiace formy	Tyče, pásy, dosky, predvalky, sudy

Často kladené otázky

Otázka: Je tyč magnetická?
Typy so spojivom na báze niklu-meď sú v skutočnosti ne-magnetické, zatiaľ čo triedy niklu-železa vykazujú len veľmi slabú magnetickú odozvu; trieda by sa mala uviesť, ak sa vyžaduje magnetická transparentnosť.

Otázka: Môže byť tyč z volfrámovej zliatiny opracovaná v bežnej strojárni?
áno. Karbidové sústružnícke a frézovacie nástroje, diamantové alebo CBN brúsenie a drôtové EDM všetky fungujú dobre za predpokladu, že rezy zabránia lokálnemu prehriatiu a obrobok je podopretý vďaka svojej vysokej hmotnosti.

Otázka: Znižuje spájkovanie pevnosť zliatiny?
Nie. Teploty spájkovania približne 700 až 900 stupňov Celzia zostávajú pod úrovňou, ktorá by zmenila kostru spekaného volfrámu, takže zostavy spájkovaných nástrojov si zachovávajú svoje vlastnosti.

Otázka: O koľko tenší je štít z volfrámovej zliatiny ako štít z olova?
Pretože hustota je asi jeden a pol násobok hustoty olova, stena tenšia približne o jednu tretinu poskytuje porovnateľný útlm pre rovnakú premietanú plochu.

Otázka: Aký je rozdiel medzi ťažkou zliatinou volfrámu a čistou volfrámovou tyčou?
Čistý volfrámový prút je jednofázový{0}}kov, ktorý je veľmi tvrdý a krehký, zatiaľ čo ťažká zliatina pridáva ťažné spojivo, takže materiál možno opracovať a odoláva nárazom pri mierne nižšej hustote.

Otázka: Ktoré dokumenty sprevádzajú dodávku?
Každá šarža je dodávaná s certifikátom, ktorý uvádza hustotu, chemické zloženie, tvrdosť a výsledky ultrazvukovej kontroly, nadväzujúce na tepelné číslo.